CN109184752A - 一种煤矿用穿越老窑采空区的支护结构及其支护方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种煤矿用穿越老窑采空区的支护结构及其支护方法，这种煤矿用穿越老窑采空区的支护结构，包括临时支护结构和永久支护结构，临时支护结构包括超前管棚、金属网、U型钢棚和砼，超前管棚由安装进老窑采空区全断面且沿巷道轮廓环向布置的若干超前导管组成，金属网绑扎在超前管棚上，金属网的下方设置若干U型钢棚，砼喷射包裹覆盖在超前管棚、金属网和U型钢棚上共同形成临时支护结构；永久支护结构包括钢筋结构和混凝土，将混凝土浇筑在钢筋结构中形成永久支护结构，永久支护结构设置在临时支护结构内侧。本发明有效防止因老窑采空区围岩松散破碎易崩塌的问题，同时，能够较好地隔离老窑采空区赋存的瓦斯、水等隐蔽致灾因素。
Description
技术领域
本发明属于煤矿掘进安全领域，具体涉及到一种煤矿用穿越老窑采空区的支护结构及其支护方法。
背景技术
黄陵一号煤矿四盘区灾害治理探查巷掘进施工过程中揭露老窑采空区，按照设计方位继续延伸，将面临穿越老窑采空区复杂地层的难题，且一号煤矿四盘区灾害治理探查巷巷道断面大、服务年限长、作业安全性要求高，需要对老窑采空区做好支护工作。
由于老窑采空区围岩松散破碎易崩塌，且可能赋存有瓦斯、水等其他隐蔽致灾因素，考虑到四盘区灾害治理探查巷巷道断面大、服务年限长、作业安全性要求高，需要对老窑采空区做好支护工作，但目前对此问题尚无好的解决方案。因此，针对目前面临的问题，需要选择安全、参数合理可靠、经济性最优的支护技术穿越老窑采空区。
发明内容
针对老窑采空区围岩松散破碎易崩塌，且可能赋存有瓦斯、水等其他隐蔽致灾因素的问题，本发明提供了一种煤矿用穿越老窑采空区的支护结构及其支护方法，目的在于通过由超前管棚、金属网、U型钢棚之间喷砼充填共同形成的临时支护结构和由绑扎的钢筋结构与混凝土浇筑形成的混凝土碹永久支护结构共同组成的穿越老窑采空区的支护结构，避免围岩崩塌，隔离老窑采空区赋存的水、瓦斯等隐蔽致灾因素。
针对上述问题，本发明通过以下技术方案予以实现：
一种煤矿用穿越老窑采空区的支护结构，包括临时支护结构和永久支护结构，所述临时支护结构包括超前管棚、金属网、U型钢棚和砼，一圈所述超前管棚由安装进老窑采空区全断面且沿巷道轮廓环向布置的若干超前导管组成，若干圈超前管棚沿巷道掘进方向搭接设置，所有超前管棚的下方均设置有金属网，所述金属网的下方沿巷道掘进方向设置若干U型钢棚，相邻U型钢棚之间通过连接杆连接，所述砼凝固包裹覆盖在超前管棚、金属网和U型钢棚上形成临时支护结构；
所述永久支护结构包括巷道轮廓两侧设置的帮部钢筋结构与巷道拱部设置的拱部钢筋结构共同构成的钢筋结构，所述钢筋结构上浇筑有混凝土；所述永久支护结构设置在临时支护结构内侧，所述永久支护结构的外壁与临时支护结构的内壁接触。
进一步地，所述超前导管采用φ50×6000mm无缝钢管加工，一圈超前管棚中相邻的两根超前导管之间间距为300mm，超前导管外插角为3°～5°，单根超前导管长度为6000mm，相邻两圈超前管棚之间的搭接长度为2800mm；所述超前导管安装在由锚索钻机打的孔里面，孔径为60mm，孔深为6000mm。
进一步地，所述金属网采用φ6mm的金属，网孔为100×100mm。
进一步地，所述U型钢棚采用三节式U25型钢棚，相邻两U25型钢棚之间的间距为800mm，相邻两U25型钢棚之间通过5根φ18mm的连接杆连接。
进一步地，所述砼选用C20砼，凝固后的厚度为110mm。
进一步地，所述钢筋结构包括φ18mm的主筋、φ18mm的副筋和φ8mm的结构筋，所述钢筋结构的主筋的间距和排距均为300mm，所述副筋沿巷道掘进方向连接主筋，所述结构筋垂直于巷道掘进方向连接主筋。
进一步地，所述混凝土强度为C30，混凝土浇筑厚度为400mm，混凝土中须添加BR-3型防水剂，加入量为水泥量的10％。
一种煤矿用穿越老窑采空区的支护结构的支护方法，其特征在于：首先进行临时支护结构的搭建，包括如下步骤：
步骤11：用锚索钻机在老窑采空区全断面上沿巷道轮廓环向打孔，并将超前导管安装进孔中，沿巷道轮廓方向形成一圈超前管棚；
步骤12：在超前管棚作用下用掘进机掘进出矸，进尺为800mm，每进尺掘进完成后，按老窑采空区全断面在超前管棚上绑扎金属网；
步骤13：在金属网下支设一架U型钢棚；
步骤14：在完成上述步骤11至步骤13后，向老窑采空区全断面喷射砼将超前管棚、金属网和U型钢棚包裹覆盖；
步骤15：重复步骤11至步骤14，当支设至第4架U型钢棚时，掘进机向外退后一架U型钢棚，重复步骤11至步骤15进行下一圈超前管棚的安装，直至掘进机二运进入第1架U型钢棚的位置时，临时支护搭建完成；
然后进行永久支护结构的支护，包括如下步骤为：
步骤21：在临时支护结构的内侧开挖基础；
步骤22：在开挖基础上绑扎帮部钢筋结构，并拼装帮部模板；
步骤23：向拼装完成的帮部模板内浇筑混凝土，浇筑时预留一定长度的帮部钢筋作为搭接基础；
步骤24：将拱部钢筋结构绑扎在步骤23中预留的搭接基础上，并拼装拱部模板；
步骤25：向拼装完成的拱部模板内浇筑混凝土；
步骤26：当帮部钢筋和拱部钢筋上浇筑的混凝土满足初凝要求后，脱模；
步骤27：重复上述步骤21至步骤26。
进一步地，步骤13中支设的两相邻U型钢棚之间的间距为800mm。
进一步地，步骤23中所述预留的帮部钢筋搭接基础的长度为35d。
本发明至少具有以下有益效果：
本发明利用由超前管棚、金属网、U型钢棚之间喷砼充填共同形成的临时支护结构和由绑扎的钢筋结构与混凝土浇筑形成的永久支护结构共同承载老窑采空区二次稳定过程中矿压重新分布所产生的载荷，支护结构合理可靠，可有效防止因老窑采空区围岩松散破碎易崩塌的问题，同时，老窑采空区的支护结构所封闭形成的巷道能够较好地隔离老窑采空区赋存的瓦斯、水等隐蔽致灾因素。
进一步的，本发明通过由超前管棚、金属网、U型钢棚之间喷砼充填共同形成的临时支护结构，保证了施工作业安全，为永久支护结构的安装创造了作业空间及外模。
进一步的，利用U型钢棚在允许安全变形范围内的可缩性能，绑扎钢筋浇筑混凝土碹体，实现了永久支护与掘进施工平行作业，保证了施工进度。
附图说明
图1为四盘区灾害治理探查巷穿越老窑采空区支护结构示意图；
图2为四盘区灾害治理探查巷穿越老窑采空区支护断面图；
图3为U型钢棚结构示意图。
其中：1、超前导管；2、金属网；3、U型钢棚；4、砼；5、钢筋结构；51、主筋；52、副筋；53、结构筋；6、混凝土；7、老窑采空区全断面；8、连接孔。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步说明：
如图1、图2和图3所示，本发明由临时支护结构和永久支护结构两部分结构组成，临时支护结构包括超前管棚、金属网2、U型钢棚3和喷砼4，一圈超前管棚由安装进老窑采空区全断面7且沿巷道轮廓环向布置的若干超前导管1组成，超前导管1通过锚索钻机在老窑采空区7全断面打孔安装，锚索钻机打孔的孔径为60mm，孔深为6000mm。超前导管1采用φ50×6000mm无缝钢管加工，沿巷道轮廓环向布置，两根超前导管1之间间距300mm，超前导管1的外插角3°～5°，单根超前导管1长度为6000mm。外插角就是超前导管1与巷道纵向之间的夹角，因为超前管棚长度较长，管棚与U型钢棚外表面不处于同一水平面，钻孔施工时钻头需向巷道顶帮外沿施工，导致施工超前导管时就会向巷道轮廓外有个角度(而不是完全顺着巷道纵向施工。在安装完第一圈超前管棚后，超前管棚起一定的支撑作用，这时通过掘进机掘进出矸，每循环进尺800mm，每循环掘进完成后，按老窑采空区全断面7在超前管棚上绑扎金属网2，金属网2的直径为φ6mm，金属网2的网孔为100×100mm。绑扎完成金属网2后，在金属网2下沿巷道掘进的方向支设U型钢棚3。如图3所示，本实施例中，U型钢棚3采用的是三节式U25型钢棚，U25型钢棚上开设有5个连接孔8，连接孔8为螺纹连接孔，两U25型钢棚之间沿巷道掘进的方向的间距为800mm，两U25型钢棚之间采用根连接杆连接，连接杆的两端均开设有与连接孔8的螺纹相匹配的螺纹，连接杆的两端均拧进U25型钢棚上开设的连接孔8中将两U25型钢棚连接，连接杆采用φ18mm的圆钢加工。当U25型钢棚支设完成后，往超前管棚、金属网2和U25型钢棚之间喷射砼4充填共同形成临时支护结构。砼4的喷射厚度为110mm，采用C20砼。重复上述操作过程，直到支设至第4架U25型钢棚时，掘进机向外退后一架U25型钢棚，开始安装第二圈超前管棚，第一圈超前管棚与第二圈超前管棚之间的搭接长度为2800mm(这里所说的搭接是指在同一直线上，第一圈超前管棚中的每一根超前导管1的一端与第二圈超前管棚中的每一根超前导管1的一端之间的搭接长度为2800mm)，重复上述所有操作过程，当掘进机二运进入第一圈超前管棚下支设的第一架U25型钢棚的位置时，临时支护结构搭建完成。
即临时支护结构的搭建具体包括如下步骤：
步骤11：用锚索钻机在老窑采空区全断面上沿巷道轮廓环向打孔，并将超前导管安装进孔中，沿巷道轮廓方向形成一圈超前管棚；
步骤12：在超前管棚作用下用掘进机掘进出矸，进尺为800mm，每进尺掘进完成后，按老窑采空区全断面在超前管棚上绑扎金属网；
步骤13：在金属网下支设一架U型钢棚；
步骤14：在完成上述步骤11至步骤13后，向老窑采空区全断面喷射砼将超前管棚、金属网和U型钢棚包裹覆盖；
步骤15：重复步骤11至步骤14，当支设至第4架U型钢棚时，掘进机向外退后一架U型钢棚，给施工超前管棚的锚索钻机腾出作业空间，重复步骤11至步骤15进行下一圈超前管棚的安装，直至掘进机二运进入第1架U型钢棚的位置时，临时支护搭建完成；
开始在临时支护结构下进行永久支护结构的搭建支护，搭建永久支护结构具体包括如下步骤：
步骤21：在临时支护结构的内侧开挖基础，开挖基础的深度为400mm；
步骤22：在开挖基础上绑扎帮部钢筋结构，并拼装帮部模板；
步骤23：向拼装完成的帮部模板内浇筑混凝土，浇筑时预留一定长度的帮部钢筋作为搭接基础，以便拱部钢筋与帮部钢筋之间绑扎连接；
步骤24：将拱部钢筋结构绑扎在步骤23中预留的搭接基础上，并拼装拱部模板；
步骤25：向拼装完成的拱部模板内浇筑混凝土；
步骤26：当帮部钢筋和拱部钢筋上浇筑的混凝土满足初凝要求后，脱模；
步骤27：重复上述步骤21至步骤26。
即钢筋结构5和混凝土6浇筑凝固形成永久支护结构，钢筋结构5由φ18mm的螺纹钢主筋51、φ18mm的螺纹钢副筋52和φ8mm的圆钢结构筋53构成，主筋51间距和排距均为300mm，副筋52沿巷道掘进方向连接主筋51，结构筋53垂直于巷道掘进方向连接主筋51。混凝土6的强度为C30，混凝土6浇筑的厚度要求为400mm，开挖基础深度为400mm，混凝土6中须添加BR-3型防水剂，加入量为水泥量的10％。
Claims (10)
1.一种煤矿用穿越老窑采空区的支护结构，其特征在于：包括临时支护结构和永久支护结构，所述临时支护结构包括超前管棚、金属网(2)、U型钢棚(3)和砼(4)，一圈所述超前管棚由安装进老窑采空区全断面(7)且沿巷道轮廓环向布置的若干超前导管(1)组成，若干圈超前管棚沿巷道掘进方向搭接设置，所有超前管棚的下方均设置有金属网(2)，所述金属网(2)的下方沿巷道掘进方向设置若干U型钢棚(3)，相邻U型钢棚(3)之间通过连接杆连接，所述砼(4)凝固包裹覆盖在超前管棚、金属网(2)和U型钢棚上(3)形成临时支护结构；
所述永久支护结构包括巷道轮廓两侧设置的帮部钢筋结构与巷道拱部设置的拱部钢筋结构共同构成的钢筋结构(5)，所述钢筋结构(5)上浇筑有混凝土(6)；所述永久支护结构设置在临时支护结构内侧，所述永久支护结构的外壁与临时支护结构的内壁接触。
2.根据权利要求1所述的一种煤矿用穿越老窑采空区的支护结构，其特征在于：所述超前导管(1)采用φ50×6000mm无缝钢管加工，一圈超前管棚中相邻的两根超前导管(1)之间间距为300mm，超前导管(1)外插角为3°～5°，单根超前导管(1)长度为6000mm，相邻两圈超前管棚之间的搭接长度为2800mm；所述超前导管(1)安装在由锚索钻机打的孔里面，孔径为60mm，孔深为6000mm。
3.根据权利要求1所述的一种煤矿用穿越老窑采空区的支护结构，其特征在于：所述金属网(2)采用φ6mm的金属，网孔为100×100mm。
4.根据权利要求1所述的一种煤矿用穿越老窑采空区的支护结构，其特征在于：所述U型钢棚(3)采用三节式U25型钢棚，相邻两U25型钢棚之间的间距为800mm，相邻两U25型钢棚之间通过5根φ18mm的连接杆连接。
5.根据权利要求1所述的一种煤矿用穿越老窑采空区的支护结构，其特征在于：所述砼(4)选用C20砼，凝固后的厚度为110mm。
6.根据权利要求1所述的一种煤矿用穿越老窑采空区的支护结构，其特征在于：所述钢筋结构(5)包括φ18mm的主筋(51)、φ18mm的副筋(52)和φ8mm的结构筋(53)，所述钢筋结构(5)的主筋(51)的间距和排距均为300mm，所述副筋(52)沿巷道掘进方向连接主筋(51)，所述结构筋(53)垂直于巷道掘进方向连接主筋(51)。
7.根据权利要求1所述的一种煤矿用穿越老窑采空区的支护结构，其特征在于：所述混凝土(6)强度为C30，混凝土(6)浇筑厚度为400mm，混凝土(6)中须添加BR-3型防水剂，加入量为水泥量的10％。
8.根据权利要求1～7任意一项所述的一种煤矿用穿越老窑采空区的支护结构的支护方法，其特征在于：首先进行临时支护结构的搭建，包括如下步骤：
步骤11：用锚索钻机在老窑采空区全断面上沿巷道轮廓环向打孔，并将超前导管(1)安装进孔中，沿巷道轮廓方向形成一圈超前管棚；
步骤12：在超前管棚作用下用掘进机掘进出矸，进尺为800mm，每进尺掘进完成后，按老窑采空区全断面在超前管棚上绑扎金属网(2)；
步骤13：在金属网(2)下支设一架U型钢棚(3)；
步骤14：在完成上述步骤11至步骤13后，向老窑采空区全断面(7)喷射砼(4)将超前管棚、金属网(2)和U型钢棚(3)包裹覆盖；
步骤15：重复步骤11至步骤14，当支设至第4架U型钢棚(3)时，掘进机向外退后一架U型钢棚(3)，重复步骤11至步骤15进行下一圈超前管棚的安装，直至掘进机二运进入第1架U型钢棚(3)的位置时，临时支护搭建完成；
然后进行永久支护结构的支护，包括如下步骤为：
步骤21：在临时支护结构的内侧开挖基础；
步骤22：在开挖基础上绑扎帮部钢筋结构，并拼装帮部模板；
步骤23：向拼装完成的帮部模板内浇筑混凝土(6)，浇筑时预留一定长度的帮部钢筋作为搭接基础；
步骤24：将拱部钢筋结构绑扎在步骤23中预留的搭接基础上，并拼装拱部模板；
步骤25：向拼装完成的拱部模板内浇筑混凝土(6)；
步骤26：当帮部钢筋和拱部钢筋上浇筑的混凝土(6)满足初凝要求后，脱模；
步骤27：重复上述步骤21至步骤26。
9.根据权利要求8所述的一种煤矿用穿越老窑采空区的支护结构的支护方法，其特征在于：步骤13中支设的两相邻U型钢棚之间的间距为800mm。
10.根据权利要求8所述的一种煤矿用穿越老窑采空区的支护结构的支护方法，其特征在于：步骤23中所述预留的帮部钢筋搭接基础的长度为35d。
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